定向工具及仪器的应用现状

作者&投稿:步婕 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
水平井定向中,问题:1.工具面的概念,什么情况下分别使用磁力工具面和重力工具面?~

测斜仪器内探管测到的零度(正北或者正上方)在仪器连接好后与键槽位置有一个角度,需要连接上紧仪器各道扣后将键槽摆在正上方测量,这个角度就是仪器角差
将仪器放入钻具坐键完成后,键槽与井下定向工具,比如说动力钻具的朝向又有一个角度,需要在仪器键槽对应的钻具位置做记号,上提钻具后量取,这个就是工程角差
上述两个角差合起来就是总角差
进行定向钻进的时候,由于井下马达高速正转,同时喷射钻井液破岩,地层对钻具有一个反作用力而使钻具逆时针旋转一定角度,这个角度就是反扭角。

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1.液动螺杆钻具的应用

液动螺杆是目前施工定向井中造斜段、稳斜段、水平钻进段的常用钻具。液动螺杆以钻井液作为动力介质,底部输出动力,推动钻头工作,这种方法的优点是钻具可以不转动,减少了井下钻具磨损及钻杆折断事故,可精确控制井眼轨迹。

螺杆钻具分为直螺杆、弯螺杆和可调螺杆3种,水平定向钻进一般采用单弯螺杆钻具钻进,其角度有1°,1.25°,1.5°,1.75°等多种,可依据具体情况选用,并配合无磁钻铤和测斜仪器组成定向钻具组合。通过液动钻进方式实现增斜、降斜,通过复合钻进方式稳斜,即达到连续钻井目的,又可随时调整井眼轨迹。

2.定向测斜仪的应用

定向钻进主要控制的井身轨迹参数包括:井斜角、方位角、工具面和斜深。在钻进过程中必须及时测得井眼轨迹参数。应用单点照相测斜仪,有线随钻测斜仪和无线随钻测斜仪可确定上述参数,水平对接井连通时,还需强磁连通工具。

(1)单点照相测斜仪

这类仪器在国内应用已很普遍,这类仪器在螺杆钻具上部工作面方面设有定位座,单点照相测斜仪下到定位座位置时,在设定的时间内胶片曝光,胶片上留有该点的井斜角、方位角。适当转动钻具可实现工作面的调整,按设定井身轨迹钻进。单点照相测斜仪操作简单、性能稳定,但每次测量时需停钻静止等待,测出的轨迹不连续,适用于倾斜角不太大的定向井、丛式井施工。

(2)有线随钻测斜仪

此测斜仪通过电缆将信号从孔底输到地表,此种方法传输信号衰减小,数据可靠,但需把测量探管的电缆从钻杆中送入井底,在回次终了需提升仪器,需要专门的水龙头和电缆绞车。有线随钻测斜仪实现了井身轨迹在钻进时的连续测量,进而随时控制钻进轨迹。有线随钻仪器使用缺点在于每次加尺时需将探管提升和下放,影响作业时间,在水平段钻进时,有时依靠钻井液的冲力使探管下到井底。有线随钻适合于井斜较大、井身轨迹要求精度高的井,在地层稳定情况下,在水平段也有应用,但由于煤层的不稳定性,不适合在煤层中水平钻进。

(3)泥浆脉冲无线随钻测斜仪———PMWD

PMWD系统(图2-1)可将测量的井斜、方位、工具面、井深等数据通过泥浆脉冲介质传递到地面,还可在PMWD系统中按放伽马探管进行随钻判层,这点在煤层气水平钻井中非常重要。

图2-1 PMWD井下安装示意图

PMWD系统将采集数据通过确定的编码方式转化为电磁铁动作,当泥浆脉冲泵打开时,电磁铁的直线运动转换为旋转阀的开关模式,从而产生泥浆脉冲压力变化。泥浆脉冲压力信号传到地面,经过滤波、译码等处理后,转化为定向测量数据和伽马电阻率等数据。PMWD 测斜仪不用电缆,只需用泥浆流作为传输介质,钻进过程中可随时读取井眼的空间要素和岩层信息,对水平井井身轨迹可随时控制,达到了真正意义上随钻目的。PMWD的工作原理依赖于泥浆,泥浆性能的好坏对 PMWD 工作影响很大。当泥浆中固相含量高到一定程度时,容易堵塞PMWD 系统,由于泥浆流长时间冲刷PMWD系统,有些部件容易损失,影响水平井钻井进程;煤层气钻井中常常采用欠平衡钻井,PMWD 系统将不能应用。目前,PMWD已做到国产化,但伽马探管需引进。

(4)电磁波无线随钻测斜仪———EM-MWD

电磁波无线随钻系统(图2-2)利用低频电磁波经过地壳将信息传送到地面,通过地面天线接受,然后由计算机解码和处理,发布到司钻的显示屏上。EM-MWD系统采用连续传输方式,能够在钻杆连接的时候传输静态测量值。

以美国国民油井生产的 Blackstar EM-MWD 为例,它测量的关键数据点包括:①磁力、重力、工具面,②井斜,③近钻头井斜,④方位角,⑤高边伽马,⑥低边伽马,⑦定向伽马和360度伽马,⑧环空压力。

EM-MWD适合:①欠平衡钻井,②低压地层,③循环损失地层,④受污染的泥浆系统。

EM-MWD目前国内无生产,应用依赖国外引进。它的应用受电阻率限制,若地层电阻率低,信号容易发散损失,地面将接收不到传输信号。

(5)强磁连通仪器

图2-2 EM-MWD结构图

两井连通过程中采用的技术为近钻头电磁测距法———RMRS。RMRS技术的硬件构成报包括强磁短节和强磁探管。强磁短节的长度约为40cm,由横行排列的多个强磁体组成。它主要用来提供一个恒定的待测磁场,电磁信号的有效传播距离为40m。探管由3部分组成:扶正器、传感器组件、加重杆,其长度约为3m。当旋转的强磁短节通过另一井洞穴附近区域时,洞穴中的探管可采集强磁短节产生的磁场强度信号,最后通过采集软件可准确计算两井间的距离及当前钻头的位置。RMRS必须与 MWD和螺杆马达等配合使用,钻具组合通常为:钻头+强磁短节+马达+无磁钻铤+MWD+钻杆。目前强磁连通仪器国内无生产,依靠国外引进或国外提供租赁服务。




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